初中直观 · 高中定量拓展 · 机构 · 闭环约束

转动一根杆,另外两根怎样跟随?

固定杆4、输入杆1、连杆3、输出杆2.5,选择两圆交点的上支;展示装配几何不求动力学。转动输入杆,核对闭环两杆长度。

问题的来处19世纪 · 四杆机构与运动学

四杆机构:问题从哪里来?

蒸汽机与机械制造促使工程师系统研究连杆。四根定长杆组成的闭环能把一个转角转成另一个运动,却同时受到装配分支和死点的约束。

读一段背景,带着问题动手

蒸汽机与机械制造促使工程师系统研究连杆。四根定长杆组成的闭环能把一个转角转成另一个运动,却同时受到装配分支和死点的约束。

本页选择一个明确装配分支,转动输入杆并跟踪各铰点。不是所有四杆长度组合都能整圈转动,也不能由位置直接得出所需力矩。

现在,换你来试转动输入杆,核对闭环两杆长度。 固定其他条件,亲手将输入杆转角分别设为45和150°,各核验一次;画面在运动,杆长残差是否仍接近0?

四杆机构

S21 / 机构
今天的问题

画面在运动,杆长残差是否仍接近0?

独立探索要做什么?

转动输入杆,核对闭环两杆长度。 固定其他条件,亲手将输入杆转角分别设为45和150°,各核验一次;画面在运动,杆长残差是否仍接近0?

装置 · 尺寸示意,量值见读数看证据图 ↓
短青杆:输入金杆:连杆蓝杆:输出
看这里 · 两活动杆长残差1.332e-15

每一帧由两圆相交求解;输入角不是动态力矩或转速解。

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

60 °匀速驱动输入杆;其余杆位置由几何约束决定。
两活动杆长残差
1.332e-15
输出杆角度
110.7525 °

每一帧由两圆相交求解;输入角不是动态力矩或转速解。

证据图 参考解随题设重算 · 不计个人完成

本实验以装置几何与上方读数作为证据。

换个条件,再想一步

另一装配分支是否也满足相同杆长?

先预测,再观察。反例不会替你完成独立任务。

留下两组证据

仅当前页保留最近两组,刷新清除;第三组替换最早一组。保存模型条件与单位;恢复后重算,不恢复任务完成资格。

先留一组,再改变一个条件。

从观察到解释

把证据带回纸上

展开关系与推导

输入端A=(cosθ,sinθ),另一固定端D=(4,0);B满足|B−A|=3、|B−D|=2.5。

固定哪些量?改变哪个量?列出两组数值,写出关系,再说明一个不能套用的条件。实验支持猜想,一般证明需要理由。

先预测,再用证据解释

把这次发现,留给下次的自己

画面在运动,杆长残差是否仍接近0?

换个条件,再试一次

另一装配分支是否也满足相同杆长?

看哪里?

旋转查看装置连接与相对位置。用装置旁滑块改变条件,二维、三维和读数来自同一状态;尺寸为示意。

回到装置再试 ↑

仅此浏览器保存最近两组,第三组替换最早一组。条件、预测和解释一起保存;文字不自动判分。与原实验的临时记录分别保存。

尚未保存。启用交互后可以记录;请勿在这里填写个人身份信息。

先修与两种探索深度

先认识机构 · 闭环约束涉及的量与单位:输入杆转角(°)、装配分支(无量纲)。初中直观 · 高中定量拓展为内容层次提示,未核对具体教材。

先看现象:转动输入杆,核对闭环两杆长度。

再做定量:保持其他条件,比较输入杆转角与两活动杆长残差(无量纲),再对照下方关系。

模型、来源与核验边界

输入端A=(cosθ,sinθ),另一固定端D=(4,0);B满足|B−A|=3、|B−D|=2.5。

对照核验提示:小转角:输入杆转角 45 °;大转角:只改变输入杆转角 150 °。按这些题设自己操作并比较两活动杆长残差,不把参考情景当个人完成。

适用范围:每一帧由两圆相交求解;输入角不是动态力矩或转速解。

Engineering LibreTexts · 静力学与工程模型(延伸阅读;链接和公式适用性尚需逐项外部复核) ↗

本页为模型探索,未认证具体教材章节;真实学生和教师反馈尚待推广后收集。